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原文传递城轨车辆垂向振动鲁棒控制研究

论文题名：	城轨车辆垂向振动鲁棒控制研究
关键词：	城轨车辆;垂向振动;减振装置;鲁棒控制
摘要：	城轨车辆的迅猛发展给人们出行提供了诸多便利，为经济区域化的形成奠定了坚实的交通基础。与此同时，车辆结构振动也随之加剧，引发了一系列的不良影响。改善转向架性能的主动控制方法是解决上述问题的主要途径之一，国内外学者在主动悬架控制方面做了大量的研究工作。由于运行车辆本身就是一个复杂的不确定系统，在建模时又不可避免地造成一些不确定性，导致最终得到的车辆模型存在诸多不确定性。本文考虑到车辆在运行过程中存在的外部干扰和车辆结构参数摄动变化等问题，分别采用鲁棒H∞和μ控制原理设计鲁棒控制器，对车辆振动进行控制抑制，提高车辆运行平稳性、乘坐舒适性，同时延长车辆零部件和轨道路基的使用寿命、降低对周围环境的影响具有重要的意义。　　本研究首先对引起车辆振动的根源进行系统的分析，利用离散傅立叶变换法将频域轨道谱转化成时域形式的轨道不平顺。另一方面，在分析城轨车辆振动原理的基础上，应用哈密尔顿原理建立6-DOF车辆垂向振动模型。将轨道不平顺作为外部输入，对城轨车辆振动状况进行仿真分析，并采用Sperling平稳性能指标对振动状况进行评价。其次，在建立城轨车辆模型的基础上，选用车体相对前、后转向架的振动位移作为检测量，车体浮沉振动加速度、浮沉振动位移和点头振动转角作为被控输出，考虑到名义对象忽略的不确定性和控制系统的性能要求，选取适当的权函数建立 PS/T广义对象模型，在运用线性矩阵不等式(LMI)给出鲁棒H∞控制器存在条件的基础上，对其进行凸优化处理求解鲁棒 H∞控制器来抑制车体垂向振动，提高车辆的运行品质和运行安全，并在Matlab环境下进行仿真验证。最后，考虑到城轨车辆在运行过程中车辆振动参数摄动变化的问题，主要针对簧上质量、弹簧刚度等参数的摄动，利用线性分式变换LFT对车辆垂向振动模型进行不确定分析，运用结构奇异值变换将模型中摄动参数隔离出来，采用D-K迭代法求解垂向振动鲁棒μ控制器。为了增强控制器的工程可实现性，应用Hankel范数逼近法对控制器进行降阶处理。以轨道高低不平顺作为外部激励对所得到的控制器进行仿真分析，验证分析鲁棒μ控制器的鲁棒稳定性和鲁棒性能。
作者：	牟健
专业：	车辆工程
导师：	孟建军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文